江蘇省蘇南地區(qū)地下水環(huán)境質量評價及污染指標分析
——以江蘇省太倉市為例

梅林林， 朱大威

(1.江蘇省農業(yè)科學院，江蘇南京 210014； 2.江蘇省太倉市環(huán)境保護局，江蘇太倉 215400)

我國是最早開采地下水的國家之一，也是世界范圍內地下水環(huán)境質量評價工作起步較晚的國家之一。我國水資源總量豐富，但是人均水資源量卻不足世界人均水量的1/4[1]，隨著國民經濟的發(fā)展，以及人類對地下水需求的增多，人類生產生活對地下水環(huán)境造成影響，產生了一系列的環(huán)境問題。黨的十八大提出將生態(tài)文明建設放在突出地位，形成“五位一體”的中國特色社會主義事業(yè)總體布局，把“美麗中國”作為生態(tài)文明建設的宏偉目標[2]。江蘇省蘇南地區(qū)社會經濟發(fā)展迅猛，人口增長快，由此引發(fā)的環(huán)境污染問題日益突出，水質型缺水和水環(huán)境惡化已經制約了流域經濟和社會的可持續(xù)性發(fā)展[3]；與此同時，該地區(qū)水資源開發(fā)利用、水環(huán)境綜合整治等方面均有較大投入，對蘇南地區(qū)開展地下水水質情況評價，對于實現水資源可持續(xù)利用，保障社會、經濟與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

有關地下水的研究熱點，已從早期的地下水資源尋找與勘察、地下水資源量評價以及局限于水的用途和功能評價的水質評價，轉向環(huán)境影響、水質綜合評價、污染機制等方面[4]。地下水環(huán)境質量評價工作從單項指標到綜合指數的計算，從簡單到復雜，從數理統(tǒng)計到數學模型的建立，從現狀評價到趨勢分析，從室內模擬試驗到現場大型試驗逐步發(fā)展起來。近年來，國內外學者提出了多種水質評價方法，如模糊綜合評價法[5]、灰色聚類法[6]、神經網絡法[7-8]、內梅羅指數法[9]、物元可拓法、主成分分析法以及投影尋蹤法等，它們各有優(yōu)缺點，均有待進一步考證和完善。本研究以江蘇省太倉市為例，開展地下水環(huán)境調查，掌握地下水水質情況及區(qū)域特征分布，科學合理地進行地下水環(huán)境質量評價，以期為政府地下水環(huán)境管理提供科學依據。

1　材料與方法

1.1　研究區(qū)域概況

太倉市隸屬江蘇省蘇州市，位于江蘇省東南部，長江口南岸(31°20′～31°45′N，120°58′～121°20′E)。近年來太倉市水環(huán)境問題日益突出，除長江外地表水受工業(yè)廢水、生活污水、農業(yè)面源等污染嚴重，已不能作為生活飲用水水源。目前，該市城鎮(zhèn)居民基本都飲用某大型水廠的自來水，農村居民部分飲用自來水，部分飲用地下水[10]。太倉地區(qū)淺層地下水埋藏較淺，水位埋深不超過3 m。地表各種劣質水體的垂直滲透以及表層土壤的淋濾作用，導致污染物容易進入地下水體，易造成淺層地下水被污染。

1.2　監(jiān)測點位布設

根據太倉市域面積，以5 km×5 km的正方格作為1個基本網格單位劃分網格，以網格中心為原點，就近選取常年使用的民井或生產井作為監(jiān)測井，均勻設置26個地下水環(huán)境質量監(jiān)測點位。為重點了解涉及重金屬污染排放企業(yè)、固廢處置企業(yè)等重點污染區(qū)域對周邊地下水質的影響，在重點污染區(qū)域附近設置污染控制點位8個。綜上，共設淺層水井監(jiān)測點位34個。

1.3　地下水水質檢測

現場檢測項目：水位、pH值、水溫、色、嗅和味、渾濁度、肉眼可見物。

實驗室檢測項目：電導率、總硬度、總大腸菌群、細菌總數以及溶解性總固體、氯化物、硫酸鹽銅、鐵、鋅、錳、揮發(fā)酚、高錳酸鹽指數、陰離子合成洗滌劑、硝酸鹽、氨氮、亞硝酸鹽、氰化物、氟化物、汞鉛、硒、鎘、砷、六價鉻、總鉻、鎳、六六六、滴滴涕、鈉、鈣、鎂、鉀的含量。

根據《地下水環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》(HJ/T 164—2004)和《水和廢水監(jiān)測分析方法(第4版)》[11]進行采樣、檢測分析。

1.4　地下水環(huán)境質量評價方法

參照《地下水質量標準》(GB/T 14848—1993)，采用單項組分評價和綜合評價相結合的方法，對各監(jiān)測點位的水質情況進行評價。該標準將地下水質量劃分為5類。

1.4.1單項組分評價法單項組分評價法評價因子選擇27個因子，即pH值、總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、銅、鋅、揮發(fā)酚、陰離子合成洗滌劑、高錳酸鹽指數、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、氟化物、氰化物、汞、砷、硒、鉛、鎘、六價鉻、鎳、六六六、滴滴涕、細菌總數。如果有一項指標值超過《地下水質量標準》(GB/T 14848—1993)Ⅲ類標準限值，就認為本監(jiān)測點位超標。評價結果分為細菌總數參與評價和不參與評價2類。

1.4.2綜合評價法綜合評價法評價因子為單項組分評價法評價因子中不包括細菌總數的其他26項因子。首先評價各單項組分，確定組分所屬質量類別。然后根據表1分別確定單項組分的評價分值Fi，再計算綜合評價分值F，根據表2確定地下水水質級別，最后將細菌學指標評價類別注在級別定名之后。

F值計算公式：

(1)

(2)

表1　單項組分評價分值

表2　地下水綜合評分值與級別

1.4.3區(qū)域地下水水質等級評價區(qū)域地下水水質等級評價采用點位平均分值F法，即首先在確定各監(jiān)測點位的綜合評價分值的基礎上，然后計算區(qū)域各監(jiān)測點位的算術平均綜合評價分值，最后根據表2確定區(qū)域的地下水水質級別。

1.4.4區(qū)域水質達標評價采用單因子法評價地下水水質，即有一項指標值超過《地下水質量標準》(GB/T 14848—1993)Ⅲ類標準限值就認為本監(jiān)測點位超標。評價區(qū)域內按達標率評價地下水的達標情況，計算方法為超標率=超標井數/監(jiān)測井數×100%。

1.5　數據分析與統(tǒng)計

采用SPSS 13.0軟件分析數據。當測定結果低于分析方法的最低檢出濃度時，按1/2最低檢出濃度值參加統(tǒng)計處理。

2　結果與分析

2.1　太倉市地下水環(huán)境質量評價

2.1.1單項組分評價法監(jiān)測結果表明，在細菌總數指標參與評價的情況下，太倉市34個地下水監(jiān)測點位中，沒有點位水質達到Ⅰ類或Ⅱ類；水質達到Ⅲ類的點位有6個，地下水達標率為17.6%；水質為Ⅳ類的點位有20個，占所有點位的58.8%；水質為Ⅴ類的點位有8個，占所有點位的23.5%。

在細菌總數指標不參與評價的情況下，太倉市34個點位中，沒有點位水質達到Ⅰ類或Ⅱ類；水質達到Ⅲ類的點位有14個，地下水達標率為41.2%；水質為Ⅳ類的點位有13個，占所有點位的38.2%；水質為Ⅴ類的點位有7個，占所有點位的20.6%。

2.1.2綜合評價法根據綜合評價法得出各監(jiān)測井開采層地下水的綜合評價分值Fi，再計算全市監(jiān)測點位的綜合評價分值均值F，對地下水水質等級進行定性評價。

太倉市地下水水質評價結果達到“良好”級別的點位有14個，占總監(jiān)測點位的41.2%；“較差”級別的點位有19個，占總監(jiān)測點位的55.9%；“極差”級別的點位有1個，占總監(jiān)測點位的2.9%，為垃圾填埋場監(jiān)測井點位。

太倉市地下水綜合評價分值F為3.99，整體水質情況“較好”，其中民用井水質綜合評價分值F為3.89，整體水質情況“較好”；環(huán)境質量監(jiān)測點位綜合評價分值F為3.73，整體水質情況“較好”；污染源監(jiān)測點位綜合評價分值F為 4.84，整體水質情況“較差”。

2.2　太倉市地下水污染分析

2.2.1地下水超標指標分析太倉市地下水污染物超標率統(tǒng)計見表3。太倉市地下水的超標項目有高錳酸鹽指數、總硬度、氨氮含量、揮發(fā)酚、陰離子洗滌劑含量、錳含量、溶解性總固體含量、細菌總數、硝酸鹽含量、亞硝酸鹽含量，共計10項。其中超標率最高為細菌總數，超標率達64.7%；其次為總硬度，超標率達41.2%；硝酸鹽含量、氨氮含量指標的超標率也較高，分別為17.6%和11.8%；溶解性總固體含量、高錳酸鹽指數、亞硝酸鹽含量、錳含量等4項指標各僅有1個點位超標。

2.2.2地下水主要污染因子超標原因分析本研究中，太倉市地下水細菌總數指標超標普遍，表明太倉市淺層地下水水質已經受到生活污水、畜禽糞便污染等人為活動的影響[12]。

水的硬度反映水中鈣、鎂等多價金屬離子含量的總和，是評價水質優(yōu)劣的重要指標之一。太倉市位于江蘇省蘇州地區(qū)的東北部，其東北部緊臨長江，淺部廣泛分布淤泥質粉質黏土層，富含鈣、鎂等元素，使得淺層地下水中總硬度偏高。但地下水硬度上升大多是由人類活動造成污染引起，工業(yè)廢水、生活污水和固體垃圾滲濾液中可降解的有機物使地下水中CO2的平衡壓力升高，離子交換作用和鹽效應使地下水硬度升高；同時，大量超采地下水也會引起地下水硬度升高[13]。

表3　太倉市地下水超標指標超標率

氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮屬無機氮，地下水中“三氮”的主要來源是生活污水、農田排水及含氮工業(yè)廢水的排放。有機氮通過礦化作用形成NH4+，然后在土壤氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌的作用下，部分NH4+轉化成NO2-和NO3-。在彌散和下滲水流作用下，NH4+、NO2-、NO3-穿越土壤和包氣帶滲入到地下水中。由于NH4+易被土壤吸附，而NO3-有很強的移動能力，因此在下滲過程中，地下水中硝酸鹽氮的污染較為突出。

2.2.3地下水污染空間分析本研究中，太倉市34個地下水監(jiān)測點位的水質狀況沒有表現出明顯的區(qū)域差異性和污染因子分布特征，表明太倉市淺層地下水主要受其周邊生活污水、生活垃圾、畜禽糞便和農業(yè)面源等地表污染影響，而受地下水體中遠距離遷移的污染物影響較小。

2.3　太倉市地下水環(huán)境質量變化分析

太倉市環(huán)境監(jiān)測站2005年對太倉市農村27口飲用水井的監(jiān)測顯示，水質屬“較差”級別的占85%，其中13口淺水井的綜合評分均值為6.07，14口深水井的綜合評分均值為 6.41，全市地下水總體較差，且呈面狀污染[10]。與2005年的監(jiān)測點位結果相比，本研究中2013年太倉市監(jiān)測點位的地下水水質有了明顯改善。

太倉市環(huán)境監(jiān)測站2005年所監(jiān)測的27口井中，超標項目有總大腸菌群、氨氮含量、硝酸鹽氮含量、氯化物含量、鐵含量和高錳酸鹽指數。超標較嚴重的項目為總大腸菌群和氨氮含量，超標率分別為100%、81.5%。其次為硝酸鹽含量、鐵含量，超標率分別為29.6%、22.2%。本監(jiān)測結果與之相比，細菌總數、氨氮含量、硝酸鹽含量等3項指標依然超標率較高，表明微生物和含氮污染物仍然是太倉市地下水的主要污染源。本研究發(fā)現，太倉市地下水總硬度超標率明顯提高，說明太倉市淺層地下水受工業(yè)廢水、生活污水、垃圾的影響，總硬度指標總體呈惡化趨勢，與汪珊等對長江三角洲地區(qū)地下水環(huán)境質量評價的結果[14]相一致。

3　結論

本研究表明，太倉市34個地下水點位中，沒有點位水質達到Ⅰ類或Ⅱ類，地下水達標率為41.2%，水質為Ⅳ類的點位的比例為37.2%，水質為Ⅴ類的點位比例為20.6%，主要超標項目有總硬度、氨氮含量、硝酸鹽含量、細菌總數，主要受到生活污水、畜禽糞便、農業(yè)面源污染等人為活動的影響。太倉市地下水水質評價結果達到“良好”級別的占41.2%，“較差”級別的占55.9%，“極差”級別的占2.9%，為垃圾填埋場監(jiān)測井點位。太倉市地下水綜合評價分值F為3.99，整體水質情況“較好”。

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